半导体装置制造方法及图纸

半导体装置(10)在N

Semiconductor device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置
本专利技术涉及半导体装置，特别涉及轻穿通型的绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor：IGBT)。
技术介绍
作为用于逆变器等电力转换装置的半导体装置，广泛使用IGBT。近年来，电力转换装置的大容量化以及高电流密度化的要求提高，对IGBT的元件构造进行了改良。例如，在下述专利文献1中公开了在IGBT的P型集电极层和N型缓冲层的边界部分形成有杂质浓度比N型缓冲层高的N++型区域的构造。通过该构造，能够降低IGBT的通断动作时的电力损耗。专利文献1：日本特开平9-307104号公报
技术实现思路
通常，为了增大逆变器的额定电流，使多个IGBT元件并联连接。在该情况下，如果存在各IGBT元件的导通电压的波动，则流过各IGBT元件的电流产生偏差，电流集中于特定的IGBT元件，该IGBT元件有可能损坏。因此，并联连接的多个IGBT元件需要特性的波动小。特别地，在并联连接的多个IGBT元件具有导通电压随着温度的上升而下降的特性(即，导通电压具有负的温度系数)的情况下，在各IGBT元件的温度产生波动时容易引起电流集中，这成为逆变器的大容量化的障碍。在为了抑制电流集中，使IGBT元件的导通电压具有正的温度系数的情况下，通常需要降低P型集电极层的杂质浓度，抑制来自下表面侧(集电极层侧)的空穴的注入。但是，如果降低P型集电极层的杂质浓度，则产生在短路动作时可切断电流值降低这样的问题。本专利技术是为了解决上述课题而提出的，目的在于提供一种能够抑制在并联连接时电流向特定的元件集中的半导体装置。本专利技术涉及的半导体装置具有：N—型漂移层；P型阱层，其形成于所述N—型漂移层的上表面侧的表层部；N型发射极层，其形成于所述P型阱层的表层部；栅极电极，它们在形成有所述N—型漂移层、所述P型阱层以及所述N型发射极层的半导体层的上表面侧形成；N型缓冲层，其形成于所述N—型漂移层的下表面侧；P型集电极层，其形成于所述N型缓冲层的下表面侧；以及N++型层，其局部地形成于所述N型缓冲层内，杂质浓度高于所述N型缓冲层的杂质浓度，并且具有大于或等于所述P型集电极层的杂质浓度的杂质浓度。专利技术的效果根据本专利技术，通过N++型层，抑制了从半导体装置的下表面侧注入的空穴的量，由此交叉点电流值变低。因此，在并联连接了多个半导体装置的状态下，即使特定的半导体装置由于电流集中而发热，也会向流过该半导体装置的电流施加负反馈，因此能够防止因电流集中而引起的损坏。另外，通过使N++型层的杂质浓度大于或等于P型集电极层的杂质浓度，从而即使形成N++型层时的杂质的注入量产生波动，也能够使半导体装置的导通电压稳定。本专利技术的目的、特征、方案以及优点通过下面的详细说明和附图变得更加明确。附图说明图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的构造的剖面图。图2是用于说明交叉点电流值的定义的图。图3是表示实施方式1涉及的半导体装置的杂质浓度分布的一个例子的图。图4是表示实施方式1涉及的半导体装置的杂质浓度分布的一个例子的图。图5是表示半导体装置的交叉点电流值与短路动作时的半导体装置的背面附近的电场强度之间的关系的图。图6是表示实施方式2涉及的半导体装置的构造的剖面图。图7是表示将本专利技术应用于平面栅型IGBT的情况下的结构的剖面图。具体实施方式＜实施方式1＞图1是表示本专利技术的实施方式1涉及的半导体装置10的构造的剖面图。该半导体装置10是轻穿通型的沟槽栅型IGBT。半导体装置10具有例如由硅衬底等半导体层构成的N—型漂移层1，在N—型漂移层1的表层部形成有P型阱层2。在P型阱层2的表层部局部地形成有N型发射极层3。这里，对于形成有N—型漂移层1、P型阱层2以及N型发射极层3的半导体层，将形成有P型阱层2以及N型发射极层3这一侧的面定义为“上表面”，将其相反侧的面定义为“下表面”或者“背面”。在形成有N—型漂移层1、P型阱层2以及N型发射极层3的半导体层的上表面侧，隔着栅极绝缘膜4形成有栅极电极5a、5b。由于本实施方式的半导体装置10是沟槽栅型IGBT，所以在该半导体层形成有贯穿P型阱层2的多个沟槽，在各沟槽内隔着栅极绝缘膜4形成有栅极电极5a或者5b。即，栅极电极5a、5b具有从P型阱层2的上表面到达至N—型漂移层1的深度。在N—型漂移层1的下表面侧形成有N型缓冲层6。并且，在N型缓冲层6的下表面侧形成有P型集电极层7。栅极电极5a形成于贯穿N型发射极层3的沟槽内。即，栅极电极5a以跨N型发射极层3、N型发射极层3之下的P型阱层2和P型阱层2之下的N—型漂移层1而与它们隔着栅极绝缘膜4相对的方式延伸。如果对栅极电极5a施加大于或等于阈值电压的电压，则在N型发射极层3之下的P型阱层2形成使N型发射极层3与N—型漂移层1之间导通的沟道，IGBT单元成为导通状态。另一方面，栅极电极5b形成于将P型阱层2的没有N型发射极层3的部分贯穿的沟槽内。即，栅极电极5b并非是隔着栅极绝缘膜4与N型发射极层3相对。因此，配置有栅极电极5b的单元不作为IGBT起作用。下面，将配置有栅极电极5b的单元(不具有N型发射极层3的单元)称为“哑单元”，将栅极电极5b称为“哑栅极电极”。这里，作为用于定量地对IGBT元件的导通电压的温度系数的正负进行评价的指标，定义了“交叉点电流值”(ICP)。交叉点电流值被定义为在常温时(例如25℃)和高温时(例如150℃)导通电压相同的电流值。在图2中示出常温时(25℃)以及高温时(150℃)的IGBT的导通电压VCE(集电极-发射极间电压)与集电极电流IC之间的关系。如图2所示，在集电极电流IC等于交叉点电流值ICP时，导通电压VCE在常温时和高温时相等。在集电极电流IC大于交叉点电流值ICP时，导通电压VCE在高温时比常温时高，在集电极电流IC小于交叉点电流值ICP时，导通电压VCE在高温时比常温时低。在本实施方式中，将半导体装置10的交叉点电流值设定为低于额定电流的值。在该情况下，在并联连接了多个半导体装置10的状态下，如果特定的半导体装置10因电流集中而发热，则向流过该半导体装置10的电流施加负反馈，因此能够防止因电流集中而引起的损坏。通过抑制从半导体装置10的下表面侧(P型集电极层7侧)注入的空穴，从而能够降低交叉点电流值。下面，说明半导体装置10的形成方法。首先，在由硅衬底等构成的N—型漂移层1的上表面侧形成P型阱层2、N型发射极层3、栅极绝缘膜4、栅极电极5a以及哑栅极电极5b等。上述形成方法只要与公知技术相同即可，因此省略详细的说明。然后，在N—型漂移层1的下表面侧离子注入例如P(磷)，由此形成N型缓冲层6。接着，通过使用照相制版技术实现的选择性离子注入将P追加注入至N型缓冲层6的下表面侧，由此在N型缓冲层6的一部分形成N++型层8。然后，通过在N—型漂移层1的下表面侧离子注入例如B(硼)，从而形成P型集电极层7。...

【技术保护点】
1.一种半导体装置(10)，其特征在于，具有：/nN

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置(10)，其特征在于，具有：
N—型漂移层(1)；
P型阱层(2)，其形成于所述N—型漂移层(1)的上表面侧的表层部；
N型发射极层(3)，其形成于所述P型阱层(2)的表层部；
栅极电极(5a、5b)，它们在形成有所述N—型漂移层(1)、所述P型阱层(2)以及所述N型发射极层(3)的半导体层的上表面侧形成；
N型缓冲层(6)，其形成于所述N—型漂移层(1)的下表面侧；
P型集电极层(7)，其形成于所述N型缓冲层(6)的下表面侧；以及
N++型层(8)，其局部地形成于所述N型缓冲层(6)内，杂质浓度高于所述N型...

【专利技术属性】
技术研发人员：大佐贺毅，阿多保夫，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP